Netzwerktechnik, die Entwicklung über die letzten Jahrzehnte
Wenn man sich mit der Netzwerktechnik beschäftigen möchte, kommt man um ein gewisses Maß an Basiswissen nicht herum. Dieses Wissen und wie sich die Netzwerktechnik über die Jahrzehnte entwickelt hat, möchte ich mit diesem Artikel darstellen.
Der theoretische Hintergrund und die Geschichte der Netzwerke
In der Geschichte der Netzwerktechnik gab es eine Vielzahl von Netzwerkarchitekturen wie z.B. der Token Ring, welches von der IBM sehr stark propagiert wurde. Ein weiterer Netzwerktyp war unter anderem das Arpanet.
Diese und viele andere Netzwerkarchitekturen wurden in späteren Jahren weitgehend vom Ethernet verdrängt, daher konzentriert sich dieser Artikel auf das Ethernet.
Das Ethernet
Die Basis der Netzwerktechnologie der letzten Jahrzehnte ist das Ethernet. Die Anfänge des Ethernet reichen zurück bis in die 70er Jahre, es ist für kabelgebundene Datennetze spezifiziert. Der primäre Einsatz des Ethernet war für lokale Netzwerke gedacht, welche mit dem Fachbegriff LAN (englisch Local Area Network) bezeichnet werden.
In den ersten Jahren startete das Ethernet mit einer Übertragungsrate von 1 Megabit/s und erreicht heute Übertragungstaten im Gigabit/s Bereich. Es ist die physikalische Netzverbindung zwischen Computersystemen und stellt im TCP/IP-Protokollstack die unterste Ebene dar. Den TCP/IP-Protokollstack stelle ich im nächsten Absatz näher vor.
Anfang der 90er Jahre war die Übertragungsrate von 10 Megabit/s der Standard. Weit verbreitet war in dieser Zeit die Übertragung mit einem Koaxialkabel, dieser Standard wurde auch als 10BASE2-Ethernet bzw. als ThinWire-Ethernet bezeichnet. Die genauen Spezifikationen dazu siehe den oben verlinkten Wikipedia-Artikel zum 10Base2-Ethernet.
Die oberen Bilder zeigen typische Komponenten eines 10Base2-Ethernets. Der verwendete Steckertyp nennt sich BNC-Stecker, ein Steckertyp, welcher auch in der Messtechnik Verwendung findet.
Das 10Base2 konnte maximal 185 m lang sein und wurde an beiden Enden mit einem 50 Ohm Abschlusswiderstand versehen.
Der Anschluss der jeweiligen Geräte erfolgte mit dem T-Adapter. Diese Netzwerktopologie war in den 90er Jahren weitverbreitet und wurde von mir in Kundenprojekten (z.B. in einem Novell-Server-Netzwerk) verwendet.
Das Internetprotokoll TCP/IP
Das Internetprotokoll TCP/PC (englisch: Transmission Control Protocol/Internet Protocol) wurde in den 1960er Jahren entwickelt und stellt bis heute die Basis des Internets dar. TCP/IP in seiner Gänze darzustellen, würde diesen Artikel sprengen, daher möchte ich nur einige wichtige Begriffe und Grafiken erklären. Eine vollständige Erklärung findet man u.a. im oben verlinken Wikipedia-Artikel.
Eine weitere Quelle mit einer umfassenden Erklärung zum TCP/IP findet sich auch auf der Website von ComputerWeekly.de
Für das Verständnis insbesondere des Internets und der Kommunikation zwischen den Geräten ist ein Grundverständnis des TCP/IP unerlässlich. Primär die Kommunikationsschichten (OSI-Protokoll) und die Unterscheidung zwischen einem Intranet (privates Netz) oder Extranet (öffentliches Netz) ist dabei wichtig.
Anbei einige Grafiken, um diese Zusammenhänge kurz zu erläutern.
Nebenstehende Grafik zeigt das TCP/IP, aufgeteilt in Schichten und den dazugehörigen Protokollen:
Die untere Schicht bildet die MAC (kurz für „Media Access Control“), ein typisches Beispiel einer MAC-Adresse, besitzt eine Länge von 48 Bit und wird üblicherweise in der Form wie z.B. „AC-DE-48-00-00-80“ dargestellt.
Die nächste Schicht zeigt die IP-Adresse eines Gerätes an. Bei einer 32 Bit breiten IP-Adresse hat diese Adresse zum Beispiel das Format „192.168.100.1“.
Die Transportschicht wird u.a. mit dem TCP-Port angegeben, ein typischer TCP-Port hat als Beispiel die Nummer 20 (für einen FTP-Filetransfer).
In der Anwendungsschicht finden sich dann die Internetprotokolle, wie z.B. das HTTP (Hypertext Transfer Protocol).
Das OSI-Schichtenmodell
Das nächste Modell, welches von Interesse ist, nennt sich OSI-Model, auch OSI-Schichtenmodell genannt. OSI steht dabei für „Open Systems Interconnection model“. Dieses Modell wurde ab Ende der 70er Jahre standardisiert und ist damit die Referenz im Netzwerkbereich.
Das untere Bild zeigt das OSI-Modell, welches aus sieben Schichten (englisch Layer) besteht. In dem OSI-Modell ist auch das TCP/IP-Referenzmodell von oben eingeordnet.
Für die physikalische Netzwerkbetrachtung ist jetzt die Spalte mit den Kopplungselementen wichtig. Im Folgenden werde ich einige Netzwerkkomponenten vorstellen und anhand dieser Tabelle kann man die Einordnung in das OSI-Modell vornehmen.
Netzwerkkomponenten für den OSI-Level 1
Wie im obigen Schichtenmodell gezeigt, geht es beim Level 1 um die physikalische Verbindung von Netzwerken. Eine aktive Komponente, die hier zum Einsatz kommt, ist der Repeater.
Ein Repeater kommt zum Einsatz, um die physikalischen Beschränkungen (Länge und Umfang etc.) eines Netzwerks zu überbrücken. Er ist damit quasi ein Verstärker des Netzwerksignals, ohne den Datenstrom zu verändern.
Bei älteren Ethernet-basierten Netzwerktopologien gab es Regeln, welche die Anzahl der Repeater im Netzwerk begrenzten.
Anbei findet man eine gute Erklärung zu Repeatern.
Netzwerkkomponenten für den OSI-Level 2
Wie im obigen Schichtenmodell gezeigt, geht es beim Level 2 um die physikalische Punkt-zu-Punkt-Verbindung von Netzwerken. In einem lokalen (begrenzten) Netzwerk kann ein Multiport Layer-2-Switch verschiedene Geräte auf Basis ihrer (unterschiedlichen) Ethernet-Adressen miteinander verbinden. In diese Kategorie fällt auch ein Wireless LAN Accesspoint. Beide Geräte sind typischerweise in einem Heimnetzwerk anzutreffen.
Anbei eine gute Erklärung zum Layer-2 und Layer-3 Switch
Netzwerkkomponenten für den OSI-Level 3
Bei diesem Layer geht es um die Vermittlung von Netzwerk-Paketen. Ein typisches Gerät für diesen Einsatz ist der Router und auch der Level-3 Switch.
Hier geht es z.B. darum, mehrere lokal begrenzte Netzwerke zu verbinden oder ein lokales Netz mit dem Internet. Im privaten Umfeld werden die Router mit Wireless LAN kombiniert und sind somit die zentrale Komponente in dem jeweiligen Netzwerk.
Netzwerkkomponenten oberhalb des OSI-Level 3
Bei den Netzwerkprodukten, welche diese OSI-Layer unterstützen, geht es um die Verbindung von verschiedenartigen Netzwerktopologien, wie z.B. den Gateways.
Diese Geräte benötigen den Zugriff auf alle unteren OSI-Layer und passen dieser der Topologie des Zielsystems an.
Typische Gateways verbinden z.B. Mailsysteme mit Faxsystemen, ISDN-Telefonie mit einem VoIP-System und vieles mehr.
Unter dem obigen Link wird auch ein Smart Home Gateway beschrieben. Ein solches Gateway wird die Basis für mein nächstes Projekt sein.
Netzwerkanalyse
Komplexe Netzwerkprotokolle können im Fehlerfall einen erheblichen Aufwand bei der Fehlersuche verursachen. Diese Fehlersuche wird als Netzwerkanalyse bezeichnet.
Tools zur Fehlersuche in komplexen Netzwerken werden im Englischen „Sniffer“ genannt, was im Deutschen mit „Schnüffler“ übersetzt wird. Also Tools, um nach Fehlern in Datensätzen zu „schnüffeln“.
Ein sehr bekanntes Tool aus den 90er Jahren, um Netzwerke zu analysieren, war das Produkt Sniffer des Herstellers Network General.
Für diesen Hersteller war ich Mitte der 90er Jahre im Vertrieb tätig.
Der Network General Sniffer war seinerzeit die Referenz für Netzwerkanalysetools. Auf der Wikipediaseite zum obigen Sniffer kann man sich über die Vielzahl von Netzwerkprotokollen informieren, welche von dieser Familie unterstützt wurden.
In heutiger Zeit hat sich das Ethernet mit dem TCP/IP als die vorrangige eingesetzte Netzwerkarchitektur durchgesetzt, welche den Bedarf an solch komplexen Analysetools entbehrlich machte.
Netzwerkomponenten
Terminalserver
Eine wichtige Netzwerkkomponente in den 90er Jahren waren die Terminalserver.
In den 80er Jahren war die Firma DEC der Marktführer bei Computerterminals, die Typenbezeichnungen VT52, VT100 und VT220 waren im Markt sehr bekannt und geschätzt.
Der Anschluss von mehreren dieser Terminals über ein Computernetzwerk wie z.B. dem Ethernet wurde mit einem Terminalserver realisiert.
Nebenstehendes Bild zeigt einen Datability VCP 1000 Terminalserver. Der Hersteller Datability wurde seinerzeit von dem Distributor Alfred Neye in Deutschland vertrieben.
Neye Enatechnik begann in den 80er Jahren, Terminal des Herstellers DEC in Deutschland zu vertreiben.
Anfang der 90er Jahre war ich als Vertriebsingenieur in diesem Unternehmen neben anderen Produkten hauptsächlich für die Produktfamilie Datability zuständig.
Speichersysteme für Computernetze.
Eine wichtige Komponente im Netzwerkbereich sind die NAS (Network Attached Storage) Systeme.
Diese Speicher übernehmen in einem Netzwerk die Speicherung für alle im Netzwerk vorhandenen Computer. Durch Spiegelung der Festplatten sowie Notstromversorgung und niedrigen Stromverbrauch im Vergleich zu einem normalen PC sind die Systeme für eine sichere IT unentbehrlich.
Ein bedeutender Anbieter von NAS-Systemen in diesem Bereich ist die Firma Synology. Dieser Hersteller deckt u.a. auch den Markt für kleinere Netzwerke ab.
Ich habe dieses System vor einigen Jahren für ein kleineres Unternehmen mit wenigen PCs installiert und bin von der einfachen Installation, der Administration und der Zuverlässigkeit dieses Systems begeistert.
Serverbetriebssysteme in verteilten Systemen
Ein weiteres Element in einem Netzwerk sind die jeweiligen Server, welche meistens die wichtigste und komplexeste Komponente darstellen.
Anbei möchte ich einige gängige Serverplattformen, insbesondere für kleinere Netzwerke, vorstellen:
Novell NetWare
In den 90er Jahren war das Serverbetriebssystem Novell NetWare weitverbreitet. Im Gegensatz zu den oben erwähnten Systemen, bei welchen die Benutzer mit dem Server über Terminals verbunden waren, wurden mit dem Novell NetWare Personal Computer vernetzt.
Das Novel NetWare Betriebssystem wurde auf einem leistungsstarken Intel-basierten Computer installiert und stellte in einem Netzwerk die zentrale Datenspeicherung, Druckerfunktionen u.a. zur Verfügung. Die Nutzer hatten damit einen gemeinsamen Zugriff auf einen Speicherbereich, welcher auch über ein Backup-System gesichert wurde.
Während meiner Selbstständigkeit Mitte der 90er Jahre habe ich Novell NetWare basierte Netzwerke an kleinere Betriebe verkauft, installiert und gewartet.
Windows Server
Seit vielen Jahren ist Microsoft mit einer Serverkomponente der Windows-Familie auf dem Markt und konnte das bereits vorgestellte Novell-System vom Markt verdrängen.
Die aktuelle Version der Windows Server ist Windows Server 2022.
Wegen der weiten Verbreitung und ausführlichen Dokumentation dieses Systems belasse ich es hier nur bei einer Erwähnung in meiner Aufstellung.
Linux als Serverbetriebssystem
Im Gegensatz zu den beiden genannten Serverbetriebssystemen kann man auch das Open-Source-basierte Linux (siehe auch meinen Artikel über Betriebssysteme) für einen Serverbetrieb verwenden.
Wie in meinem Artikel erwähnt, gibt es eine Reihe von Linux Distributionen für Serveranwendungen auf dem Markt. Die passende Auswahl und die Installation von solchen Systemen erfordern von den Netzwerkadministratoren ein hervorragendes IT-Know-how.
Da kleinere Unternehmen dieses IT-Know-how oftmals nicht besitzen, neigen diese eher zu dem oben erwähnten Windows-Server-System.
Ein Vergleich von Linux und Windows Server findet sich u.a. auf der Webseite von Domain Factory.
VMware als virtuelles Betriebssystem
Wenn es um virtuelle Betriebssysteme geht bzw. mehrere Betriebssysteme parallel auf einem Server installiert werden sollen, ist VMware der Marktführer.
Das VMware System ist ebenfalls sehr komplex (siehe Wikipedia) und auch eher für größere IT-Systeme geeignet, wie z.B. Cloud-Infrastruktur, Cloud-Management sowie für Hochverfügbarkeitssysteme.
Mit dem VMware System habe ich bisher nur testweise gearbeitet. Um zwei virtuelle Betriebssysteme (z.B. Linux – und Windows Server) gleichzeitig unter VMware zu betreiben, benötigt man ein sehr leistungsstarkes System mit großem Arbeitsspeicher.
Dieser Artikel wird zeitnah fortgesetzt.